极化测量在固体离子学中的应用

研究快离子导体和混合导体的电学性能是固体离子学的重要任务之一.目前通常采用的方法是交流阻抗谱法、电子电导测量法和运用离子可逆电极的离子电导测量法.完成一次电性能测试。或必须用两种方法进行两次测量,或需要选择可逆的电极系统.本文探讨把极化测量应用于固体离子学.目的在于利用简单的仪器设备和电极系统,通过一次测量能够得到混合导体以及快离子导体的基本电学参数. 一、原 理 把一个样品看成是混合导体,样品两端备上离子闭锁电极,其等效电路如图1所示.Ri是离子电阻,Re是电子电阻,Cd是两电极界面双电层电容的串联值.Rs是接入测…     

Li_2O-Nb_2O-SiO_2系统非晶态离子导体的结构与电学性能

本文采用红外吸收光谱法、X射线散射法和EXAFS方法研究了LiO-Nb_2O-SiO_2系统非晶态离子导体的结构,认为Nb~(5+)在非晶结构网络中主要是以[NbO_6]形式存在。非晶结构随Nb_2O_5含量的多少而变化。低Nb_2O_5含量时,[NbO_6]相互间以边相连,并与[SiO_4]组成多元环后,形成非晶网络结构。高Nb_2O_5含量时,非晶网络结构主要是以角顶相连的[NbO_6]所组成。根据电导测试结果,讨论了结构与电学性能的关系,认为Li_2O含量在0.45左右,Nb_2O_5,含量在0.3左右组成的非晶材料有最高的电导率。     

Na_3Zr_(2-x)Yb_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)(x=0.2-1.2)的系统的复平面阻抗和导纳谱

以前的研究结果表明,用 Yb3 取代NaZr2P3O12中的 Zr4 和用Si4 取代其中的P5 相类似[1,2],也能提高电导率,但有一定的极限[3].进一步的研究表明,用 Yb3 和Si4 混合取代NaZr2P3O12中的Zr4 和P5 时,可以进一步提高电导率,即在Na3Zr2Si2PO12-Na3Yb2P3O12系统中,存在着电导率很高的钠离子导体.本文报道对此系统复平面阻抗谱的研究结果. 实 验 部 分 采用纯度大于99%的原料,用固相反应法制备粉料,经过等静压成型,同时在1250-1300℃下经六小时烧结而制成的各种多晶样品,蒸镀金膜电极后,用PX-1C数字相位计(0.2-10kHz)和用CD6电桥(0.3kH…     

多晶β氧化铝固体电解质的电导及激活能的测定

β氧化铝1)(Na2O·9—11Al2O3)是近十年来发展起来的一种快离子导体2)材料,300℃的电导率达到0.1-0.3Q-1·cm-1,钠离子迁移数接近于1,电子电导可以忽略,可用作钠硫电池、钠卤素电池或电解制钠的固体电解质隔膜.从1966年美国福特公司 Kummer[1-2]等人报道这种材料以来,许多国家都相继进行了研究.对多晶β-Al2O3的导电模型和测试方法已进行了许多研究[3-7]. 近几年来,我们对β-Al2O3多晶材料的电导测试方法进行了一些探讨,并测定了若干片状和管状试样的电导和电导激活能,本文将报道我们的实验方法和所得的部分实验结果. 一、测量方法 文献…     

非晶态离子导体的阻抗谱

本文对P₂O₅-Li₂O-LiCl-Al₂O₃,P₂O₅-Cul-CuCl,GeO₂-Ta₂O₅-Li₂O各系统非晶态离子导体的阻抗谱进行了研究,给出了非晶态样品测量盒系统的等效电路,并给出了界面阻抗的色散关系。在一定条件下,本文给出的界面阻抗过渡到恒相角阻抗。 关键词：     

P_2O_5-CuI-CuCl系统非晶态铜离子导体的EXAFS,IR,Raman光谱研究

本文用透射法EXAFS和IR,Raman光谱等手段研究了以P_2O_5,为基体的非晶态铜离子导体的微观结构,得出了非晶结构网络中存在[PO_4]~(3-),[CuO_4]~(6-),[CuO_3I]~(5-),[PO_3I]~(2-)等四元骨架结构单元,Cu~+在结构网络空隙中有两种不同的分布状况。并在此基础上对材料在50℃左右存在的二级相变及Cu~+的其它传导性能进行了定性的描述。     

ZrNCl薄层中基于固体离子导体场效应管的电场诱导的超导电性

场效应晶体管(FET)可以通过电场可逆调控材料的载流子浓度,是一种控制二维材料系统电学性质的有效方法.最近,作者实验室发明了一种新的场效应晶体管器件,它利用固体离子导体(SIC)作为栅介质,通过电场驱动锂离子进出样品来调控样品的载流子浓度,从而控制样品的物理性质和相变.在本论文中,作者利用这种新型的固体离子导体基场效应管器件(SIC-FET)成功地调控了ZrNCl薄层的电学性质.通过施加电场,将固体锂离子导体中的锂离子插入ZrNCl薄层样品中,实现了样品从绝缘体到超导体的转变,最佳超导电性的中点临界温度约为15.1K.实验结果表明,固体离子导体基场效应管器件具有在层状材料中引入载流子的优异性能,该器件将是寻找新的超导体和其他新奇电子相的有效途径.     

锌磷酸盐玻璃掺杂VO~(2+)吸收光谱和EPR谱研究

3d1离子(如VO2+,V4+)是一类非常重要的离子,其掺杂电子顺磁共振谱已有大量的研究,积累了丰富的实验数据。利用3d1离子在四角压缩八面体对称中EPR参量的高阶微扰公式,计算了锌磷酸盐玻璃晶体中掺杂VO2+的EPR参量(g因子g‖,g⊥和超精细结构常数A‖,A⊥)和光吸收谱。由于锌磷酸盐玻璃晶体中掺杂VO2+中配体O2-的自旋-轨道耦合参量ζ0p(≈150cm-1)与中心过渡金属3d1离子V4+的ζ0d(≈248cm-1)相差不太大,故来自配体的自旋-轨道耦合参量ζ0p对EPR参量和光吸收谱的贡献必须予以考虑。采用重叠模型建立了杂质中心结构参数与电子顺磁共振(EPR)参量以及光吸收谱之间的定量关系;通过拟合锌磷酸盐玻璃中V4+中心的EPR参量和光吸收谱理论与试验符合,获得了杂质中心[VO6]8-基团的局域结构;研究发现,[VO6]8-基团的平行和垂直于C4轴的键长分别为:R‖≈0.175nm,R⊥≈0.197nm,即[VO6]8-基团的局域结构为沿C4轴方向呈压缩的八面体结构;所得EPR参量和光吸收谱的理论值与实验符合很好,并对上述结果的合理性进行了讨论。这说明微扰法可以用来研究材料中掺杂3d1过渡金属离子的EPR参量和光吸收谱。此外,对超精细结构常数(A‖和A⊥)的研究发现,较大的芯区极化常数κ值说明VO2+中未配对的s电子对超精细结构常数有较大的贡献。     

Tb3+掺杂Y2O3纳米晶体中Tb3+离子4f5d跃迁及能量传递的研究

采用燃烧法制备了不同Tb3 掺杂浓度和不同粒径的Y2O3:Tb纳米晶体粉末样品,并通过高温退火获得了相应Tb3 掺杂浓度的体材料样品。测量了纳米和体材料样品的发射光谱、激发光谱、X射线衍射谱和荧光衰减曲线,并拍摄了不同粒径样品的透射电子显微镜(TEM)照片。研究纳米Y2O3∶Tb晶体粉末中Tb3 离子的4f5d跃迁发现,由于在近表面的低结晶度环境和颗粒内部的高结晶度环境中Tb3 离子4f5d跃迁对应的激发峰位置不同,不同粒径样品中处于这两种环境的Tb3 离子比例也不同,激发谱的谱线形状存在较大差别,还对Tb3 离子的能量传递进行了研究,发现Y2O3∶Tb晶体粉末中Tb3 的(5D3,7F6)→(5D4,7F0)能量传递类型为受纳米限域效应影响很大的电偶极电偶极相互作用;引起5D4→7F5(543nm)发光浓度猝灭的是不同Tb3 离子5D4能级之间交换相互类型的能量传递,此类型的能量传递受纳米限域效应影响较小。     

Bi3+掺杂对Sr2MgSi2O7:Eu2+荧光粉的结构及发光性能的影响

采用溶胶-凝胶法在还原气氛下制备了Sr2MgSi2O7∶Eu2+,xBi3+(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)荧光粉,并用XRD、TG-DTA及激发与发射谱仪对样品的结构及发光性能进行了表征.结果发现:单掺杂Bi3+的Sr2MgSi2O7样品的发射光谱所用的材料的激发光谱为一主峰为286 nm的宽带谱,这是由于激发态时Bi3+的3p1→1S0电子能级跃迁而造成的;单掺杂Eu2+的Sr2MgSi2O7样品的发射光谱所用的材料的激发光谱为一主峰为358 nm的宽带谱,这是典型的Eu2+的4f65d3→4f7跃迁而引起的.当Bi3+离子掺杂到Sr2MgSi2O7∶Eu2样品的摩尔分数为0.04时,样品的发射强度是未掺杂Bi3离子样品的1.9倍.     

固体离子双电层电容器主要参数的直流测试方法

快离子导体的一个重要应用领域是固体离子器件[1].双电层电容器就是一个例子.无极性固体离子双电层电容器的物理模型如图1所示.图2的虚线框内是它的等效线路.Cd是两个双电层电容串联的总电容(由于Cd很大,可以忽略体电容的贡献);Rs是等效串联电阻,主要是离子导体的电阻; R1是漏电阻,它表征双电层电容器泄漏电流的能力.Cd,Rs及R1是决定离子电容器性质的三个主要参量.由于Cd大,Rs的值也十分可观,用通常的电容电桥无法测试,因此人们通常进行直流测试.文献[2]报道了恒流充电测试Rs和Cd的方法.我们在研究离子双电层电容器的过程中采用了两种…     

第三届固体电解质国际会议评介

第三届固体电解质(亦称快离子导体)国际会议于1980年9月16日至18日在日本东京举行,约二百名学者赴会.我国有三位学者参加,其中王舒黎和王占华二同志分别作了报告.物理所的陈立泉同志本来也备有两篇报告,并被邀作为会议召集人之一,但未能出席. 会议分三组同时进行,共约130篇报告.其中30篇讨论快离子导体结构与导电机制;4篇是关于核磁共振的实验;14篇讨论氧离子导体的性质;4篇是关于氟离于导体;B-Al2O3和NASICON各8篇;8篇是关于锂离子导体;4篇是银或铜离子导体;质子导体和非晶态材料各3篇;6篇讨论了离子-电子混合导体;6篇研究电解质和电极…     

含碳Na-β(β")-Al_2O_3的导电性能

本文研究了含碳(1—10)wt％的Na-β(β″)-Al_2O_3,指出含碳6wt％以下仍是良好的快离子导体,而且由于混入了碳,离子电导率比纯的Na-β(β″)-Al_2O_3提高一到两个数量级。样品的体电阻,晶界电阻,双电层电容及其漏电阻等参量都随含碳量的不同而变化。文中详细地讨论了碳的影响。在-40℃到80℃温度范围测量了纯样品与含碳样品的电导温度特性,指出含碳的Na-β(β″)-Al_2O_3 是做双电层电容器的良好材料。     

P2O5-CuI-CuCl系统非晶态铜离子导体的EXAFS,IR,Raman光谱研究

本文用透射法EXAFS和IR,Raman光谱等手段研究了以P₂O₅,为基体的非晶态铜离子导体的微观结构,得出了非晶结构网络中存在[PO₄]^3-,[CuO₄]^6-,[CuO₃I]^5-,[PO₃I]^2-等四元骨架结构单元,Cu⁺在结构网络空隙中有两种不同的分布状况。并在此基础上对材料在50℃左右存在的二级相变及Cu⁺的其它传导性能进行了定性的描述。 关键词：     

共沉淀法制备Y_2O_2S∶Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)红色长余辉材料

用共沉淀法制备了Y2O2S∶Eu3 ,Mg2 ,Ti4 红色长余辉材料。测量了材料的电子显微形貌、晶体结构和发射光谱。通过与固相法制备的Y2O2S∶Eu3 ,Mg2 ,Ti4 长余辉材料比较,发现两种方法都可以制备粒度基本相同的纯相Y2O2S基质晶体,但共沉淀法样品的颗粒结构更松散。研究了Eu3 浓度对两种方法制备样品的谱线发射强度的影响,通过比较共沉淀法和高温固相法制备的样品中Eu3 的5D1→7F3较高能级跃迁的587.6 nm谱线强度随Eu3 浓度的变化,发现共沉淀法更有利于Eu3 均匀进入Y2O2S基质晶格而形成有效的发光中心。     

第六届全国固态离子学学术会议征文通知

中国硅酸盐学会固态离子学专业委员会订于1992年11月3-6日在福州大学召开第六届全国固态离子学学术讨论会.福州大学校长黄金陵教授为本届会议筹备委员会主任. 征文内容:1. 无机阳离子导体.2.无机阴离子导体.3混合导体.4.质子导体.5.高分子快离子导体.6.固体中离子的运动与离子缺陷.固态离子学中的基础研究.7.固态离子学中的测试技术.8.高Tc超导体.9.快离子导体的应用研究:(1)固体电解质电池;(2)电化学传感器;(3)电显色器件.11.其他. 注意事项:1.应征论文必须是未在国内、外刊物上公开发表过;2.请将论文摘要(16开一页,约700字) 一式三份于19…     

Bi_2O_3-Y_2O_3系高氧离子导体的离子电导和电子电导的研究

用交流电桥法研究了Bi_2O_3 Y_2O_3体系含22.5—30mol％Y_2O_3烧结试样在po_2值由1至10~(-21)atm范围内氧离子的电导率,实验证明该种材料的氧离子电导率比同温度下ZrO_2基固体电解质高若干倍;用这种材料作为固体电解质组成氧浓差电池,电池电动势和理论电动势的比值E/E_0等于1或接近1,说明这种材料几乎为纯氧离子导体,p型电子空穴导电性很小;用库伦滴定抽氧法测定了含Y_2O_3 27.5mol％样品的电子导电特征氧分压,其值为lgpe＇=(-767000/T)+655,电子导电性极小。可期望为一种新型氧离子导体材料。     

Na5Er(WO4)4晶体的光谱参数

Na5Er(WO4)4是化学计量的基质发光晶体,含有很高浓度的Er,它的发光却没有明显的浓度猝灭.与Na5Er(WO4)4结构相同的Na5Nd(WO4)4单晶是良好的激光材料,已获得激光输出.而Er3+在YAlO3,Y3Al5O12和CaF2中也实现了激光输出[1],在ErP5O14[1],Y3Al5O12:Er3+[2]和掺Er3+磷酸盐玻璃[3]的光学参数和某些谱线出激光的可能性已有研究.     

热处理对钙钛矿锰氧化物La_(0.95)Sr_(0.05)MnO_3离子价态和磁结构的影响

对于磁性氧化物的磁有序,传统的观点用超交换相互作用(SE)和双交换相互作用(DE)模型进行解释,其出发点都建立在全部氧离子是-2价的基础上.例如,对于LaMnO_3,认为其中的La和Mn都处于+3价,用SE模型解释相邻Mn~(3+)离子间的反铁磁序;当以二价的Sr离子替代一部分La离子后,认为等量的Mn~(3+)离子变为Mn~(4+)离子,用DE模型解释相邻Mn~(3+)和Mn~(4+)离子间的铁磁序.然而,事实上在氧化物中存在一部分负一价氧离子.Cohen[Nature 358 136]利用密度泛函理论计算了BaTiO_3的价电子态密度,结果得到只有Ba离子的化合价与传统观点相同,为+2价;而Ti和0分别为+2.89价和-1.63价,不是传统观点的+4价和-2价,但是与多年来关于氧化物电离度的研究[Rev.Mod.Phys.42 317]和X射线光电子谱(XPS)的研究结果相符合.本文经过不同热处理条件制备了名义成分为La_(0.95)Sr_(0.05)MnO_3的三个样品,通过对样品的XPS分析,发现样品中不存在Mn~(4+)离子,只存在Mn2+和Mn~(3+)离子,平均价态随热处理程序的增加而升高.尽管三个样品有相同的晶体结构,但磁矩明显不同.对于这样的性能,不能用SE和DE模型解释其磁结构.利用本课题组最近在研究尖晶石结构铁氧体磁有序过程中提出的O 2p巡游电子模型解释了这种现象,利用样品在10 K的磁矩估算出的Mn离子平均价态变化趋势与XPS分析结果一致.O 2p巡游电子模型的出发点建立在氧化物中存在一部分负一价氧离子的基础上,这是其与SE和DE模型的根本区别.     

Mixed Conduction in BaCe0.8Pr0.2O3-α Ceramic

以高温固相反应法合成了BaCe0.8Pr0.2O3-α陶瓷,用X射线衍射法对其结构进行了表征. 用交流阻抗谱、气体浓差电池和氢泵方法测定了材料在500-900 ffiC、不同气氛中的电导率以及离子迁移数,研究了材料的导电特性. 结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型斜方晶结构. 在500-900ffiC下,在干燥和潮湿的氧气、空气和氮气气氛中,材料以电子空穴导电为主,其总电导率随氧分压的增加而稍有增加;在潮湿的氢气气氛中,材料以离子导电为主,其总电导率比不含氢气气氛(O2,air,N2)中的电导率高一到两个数量级.